TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP工作在网络OSI七层模型中的第四层-传输层，下面一张图展示OSI七层模型及每一层的作用和对应的协议。
TCP是传输层协议，在进行数据传输之前使用三次握手协议建立连接，大体的过程是客户端发出SYN连接请求后，服务端接收请求后应答SYN+ACK，客户端收到服务端应答后应答ACK，这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接，防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端。TCP三次握手过程图示如下：
TCP三次握手过程描述如下：1.客户端发送SYN标志位为1，Sequence Number为x的连接请求报文段，然后客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认响应；2.服务器收到客户端的连接请求，对这个SYN报文段进行确认，然后发送Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1)，SYN标志位和ACK标志位均为1，Sequence Number为y的报文段（即SYN+ACK报文段）给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态；3.客户端收到服务器的SYN+ACK报文段，确认ACK后，发送Acknowledgment Number为y+1，SYN标志位为0，ACK标志位为1的报文段，发送完成后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手，客户端和服务器端成功地建立连接，可以开始传输数据了。
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为什么TCP连接需要三次握手
如果采用两次握手，那么若Client向Server发起的包A1如果在传输链路上遇到的故障，导致传输到Server的时间相当滞后，在这个时间段由于Client没有收到Server的对于包A1的确认，那么就会重传一个包A2，假设服务器正常收到了A2的包，然后返回确认B2包。由于没有第三次握手，这个时候Client和Server已经建立连接了。再假设A1包随后在链路中传到了Server，这个时候Server又会返回B1包确认，但是由于Client已经清除了A1包，所以Client会丢弃掉这个确认包，但是Server会保持这个相当于“僵尸”的连接。
为了保证服务端能接受到客户端的信息并能做出正确的应答而进行前两次(第一次和第二次)握手，为了保证客户端能够接收到服务端的信息并能做出正确的应答而进行后两次(第二次和第三次)握手。- 第一次的作用：服务器知道客户端能发信息
- 第二次的作用：客户端知道服务器能返信息（自然也同时知道了服务器能收信息）
- 第三次的作用：服务器知道客户端能收信息
当数据传送完成后，为了正确完整的完成数据传输，需要经过四次挥手断开连接。TCP四次挥过程图示如下：
TCP四次挥手过程描述如下：1.客户端发送Sequence Number为x+2，Acknowledgment Number为y+1的FIN报文段，客户端进入FIN_WAIT_1状态，即告诉服务端没有数据需要传输了，请求关闭连接；2.服务端收到客户端的FIN报文段后，向客户端应答一个Acknowledgment Number为Sequence Number+1的ACK报文段，即应答客户端你的请求我收到了，但是我还没准备好，请等待我的关闭请求。客户端收到后进入FIN_WAIT_2状态；3.服务端完成数据传输后向客户端发送Sequence Number为y+1的FIN报文段，请求关闭连接，服务器进入LAST_ACK状态；4.客户端收到服务端的FIN报文段后，向服务端应答一个Acknowledgment Number为Sequence Number+1的ACK报文段，然后客户端进入TIME_WAIT状态；服务端收到客户端的ACK报文段后关闭连接进入CLOSED状态，客户端等待2MSL后依然没有收到回复，则证明服务端已正常关闭，客户端此时关闭连接进入CLOSED状态。
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为什么TCP断开连接需要四次握手
建立连接非常重要，它是数据正确传输的前提；断开连接同样重要，它让计算机释放不再使用的资源。如果连接不能正常断开，不仅会造成数据传输错误，还会导致套接字不能关闭，持续占用资源，如果并发量高，服务器压力堪忧。建立连接需要三次握手，断开连接需要四次握手，可以形象的比喻为下面的对话：
[Shake 1] 套接字A：“任务处理完毕，我希望断开连接。”
[Shake 2] 套接字B：“哦，是吗？请稍等，我准备一下。”
等待片刻后……
[Shake 3] 套接字B：“我准备好了，可以断开连接了。”
[Shake 4] 套接字A：“好的，谢谢合作。”下图演示了客户端主动断开连接的场景：
建立连接后，客户端和服务器都处于ESTABLISED状态。这时，客户端发起断开连接的请求：
- 客户端调用 close() 函数后，向服务器发送 FIN 数据包，进入FIN_WAIT_1
状态。FIN 是 Finish 的缩写，表示完成任务需要断开连接。 - 服务器收到数据包后，检测到设置了 FIN 标志位，知道要断开连接，于是向客户端发送“确认包”，进入CLOSE_WAIT
状态。
注意：服务器收到请求后并不是立即断开连接，而是先向客户端发送“确认包”，告诉它我知道了，我需要准备一下才能断开连接。 - 客户端收到“确认包”后进入FIN_WAIT_2状态，等待服务器准备完毕后再次发送数据包。
- 等待片刻后，服务器准备完毕，可以断开连接，于是再主动向客户端发送 FIN 包，告诉它我准备好了，断开连接吧。然后进入LAST_ACK状态。
- 客户端收到服务器的 FIN 包后，再向服务器发送 ACK 包，告诉它你断开连接吧。然后进入TIME_WAIT状态。
- 服务器收到客户端的 ACK 包后，就断开连接，关闭套接字，进入CLOSED
状态。
- 客户端调用 close() 函数后，向服务器发送 FIN 数据包，进入FIN_WAIT_1
关于 TIME_WAIT 状态的说明
客户端最后一次发送 ACK包后进入 TIME_WAIT 状态，而不是直接进入 CLOSED 状态关闭连接，这是为什么呢？TCP 是面向连接的传输方式，必须保证数据能够正确到达目标机器，不能丢失或出错，而网络是不稳定的，随时可能会毁坏数据，所以机器A每次向机器B发送数据包后，都要求机器B”确认“，回传ACK包，告诉机器A我收到了，这样机器A才能知道数据传送成功了。如果机器B没有回传ACK包，机器A会重新发送，直到机器B回传ACK包。客户端最后一次向服务器回传ACK包时，有可能会因为网络问题导致服务器收不到，服务器会再次发送 FIN 包，如果这时客户端完全关闭了连接，那么服务器无论如何也收不到ACK包了，所以客户端需要等待片刻、确认对方收到ACK包后才能进入CLOSED状态。那么，要等待多久呢？数据包在网络中是有生存时间的，超过这个时间还未到达目标主机就会被丢弃，并通知源主机。这称为报文最大生存时间（MSL，Maximum Segment Lifetime）。TIME_WAIT 要等待 2MSL 才会进入 CLOSED 状态。ACK 包到达服务器需要 MSL 时间，服务器重传 FIN 包也需要 MSL 时间，2MSL 是数据包往返的最大时间，如果 2MSL 后还未收到服务器重传的 FIN 包，就说明服务器已经收到了 ACK 包。
